JP3584628B2

JP3584628B2 - Solar cell output power control method

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Publication number: JP3584628B2
Application number: JP23916396A
Authority: JP
Inventors: 智勇谷口
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1996-09-10
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JPH1091259A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は太陽電池の出力電力制御方法に関し、さらに詳細にいえば、太陽電池の出力電力を効率よく直流負荷に供給するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からクリーンな電力源として太陽電池が注目されている。この太陽電池は、出力電力が出力電圧によって異なり、出力電力が最大になる点が１つだけ存在するという特性を有している。また、最大電力が得られる出力電圧は、図１に示すように、日射量、素子温度によって変動するのであるから、一般的には、常に最大電力を得るために最大電力追尾装置が用いられる。
【０００３】
ここで、最大電力追尾装置は、図３に示すように、直流電力変換装置と制御装置により構成されており、制御装置により太陽電池の出力電圧および出力電流を検出して、演算された電力が最大になるように流通率指令を変化させ、この流通率指令に基づいて直流電力変換装置を制御することにより直流電力変換装置の入力電圧と出力電圧との変換比を設定し、入力電圧に対する出力電圧、または出力電圧に対する入力電圧の制御を達成するものである。したがって、最大電力追尾装置の入力側に太陽電池を、出力側に直流負荷をそれぞれ接続することにより簡単な発電システムを構成することができる。しかし、夜間または低日照時には太陽電池から十分な電力を得ることができないので、このような場合における不足電力を商用電源系統で補うようにしたシステムが一般的に用いられる。
【０００４】
図２は、最大電力追尾装置をエアコンのインバータ直流部に並列接続した構成を示す図である。図２のシステムは、従来のインバータを変更することなく簡単に構成できるという利点を有している。しかし、商用電源を整流してインバータ直流部に供給する整流回路は、電力を商用電源系統から負荷側にしか流せないため、負荷消費電力が太陽電池の最大電力よりも小さい場合に余剰電力が発生する。そして、この余剰電力は前記整流回路の後段の直流部コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を充電し続けるので、インバータの直流部電圧Ｖｉｎｖが上昇し続け、機器を破壊してしまうことになる。したがって、図２のようなシステム構成では、余剰電力を抑制する制御が必要になる。
【０００５】
さらに詳細に説明する。
図２に示すシステム中の最大電力追尾装置においては、インバータの直流部電圧Ｖｉｎｖと太陽電池の出力電圧Ｖｓとの間には、
Ｖｉｎｖ＝Ｄ・Ｖｓ
Ｄ＝α・Ｎ（αは流通率指令、Ｎはトランスの巻数比）
の関係が成り立つ。
【０００６】
また、最大電力追尾制御を行なうに当たって、直流負荷に太陽電池のみならず商用電源系統も接続されている場合には、直流負荷両端の電圧Ｖｉｎｖは整流回路の出力電圧ＶＤＳ以下にはならない。したがって、負荷が大きい場合には、Ｖｉｎｖ＝ＶＤＳとなり、不足電力が商用電源系統からの電力で補われることになる。ここで、負荷から見た太陽電池の出力特性は、出力電圧Ｖｓが直流電力変換装置の昇降圧比倍（Ｄ倍）されたものになる。図４の太陽電池の出力電力Ｐｓと出力電圧Ｖｓとの関係を示すグラフおよび太陽電池の出力電力Ｐｓと直流負荷電圧Ｖｉｎｖとの関係を示すグラフにおいて、昇降圧比がＤ１の時は昇降圧比を増加させ、昇降圧比がＤ３の時は昇降圧比を減少させることにより、電圧ＶＤＳにて最大電力Ｐｓ＿ｍａｘが得られる昇降圧比Ｄ２を探索する（最大電力追尾を行う）。
【０００７】
また、最大電力追尾を行っていた状態から負荷が減少すると、直流負荷電圧Ｖｉｎｖは図５に示す出力特性（昇降圧比がＤ６の時の出力特性）を高電圧側に移動し、最大許容電圧Ｖｉｎｖ＿ｍａｘを越えてしまう。このため、昇降圧比Ｄを減少させることによって太陽電池の出力電力Ｐｓを抑制し、直流負荷電圧Ｖｉｎｖを減少させなければならない（昇降圧比がＤ５の時の出力特性を参照）。ただし、昇降圧比Ｄの減少量が大きすぎる場合には、直流負荷電圧ＶｉｎｖはＶＤＳとなり、不足電力が生じる（昇降圧比がＤ４の時の出力特性を参照）。この場合には、太陽電池は出力電力が抑制されているにも拘らず、商用電源電力が利用されることになるという不都合がある。したがって、ＶＤＳ＜Ｖｉｎｖ＜Ｖｉｎｖ＿ｍａｘという関係を満足するように昇降圧比Ｄを制御することになる。
【０００８】
具体的には、図６に示すように、直流負荷電圧Ｖｉｎｖに対して閾値電圧Ｖｍを設定し、Ｖｉｎｖ＜Ｖｍの場合には最大電力追尾制御を行い、Ｖｍ≦Ｖｉｎｖの場合には流通率αをΔαずつ減少させることによる出力電力抑制制御を行う。なお、閾値電圧Ｖｍの設定は、整流回路の出力電圧ＶＤＳ＜Ｖｍ＜Ｖｉｎｖ＿ｍａｘという関係を満足するように行う。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示すように太陽電池の出力電力の制御を行った場合には、直流負荷に供給される太陽電池の出力電力Ｐｓおよび直流負荷電圧Ｖｉｎｖが変動するという不都合がある。このような不都合が生じた場合には、例えば、図２に示すシステムでは、圧縮機内の誘動機を駆動する際に所望のＶ／Ｆパターンを逸脱し、運転効率の低下を招いてしまう。
【００１０】
さらに詳細に説明する。
整流回路の出力電圧ＶＤＳにて最大電力Ｐｓ＿ｍａｘとなる動作をしていたところ、負荷が減少した状況を図７に示している（昇降圧比がＤ１の時の出力特性を参照）。このように負荷が減少すると、直流負荷電圧Ｖｉｎｖが閾値電圧Ｖｍを越えるため、流通率αをΔαずつ減少させることになる（昇降圧比がＤ２の時の出力特性を参照）。そして、直流負荷電圧Ｖｉｎｖが閾値電圧Ｖｍを下回ると再び閾値電圧Ｖｍを越えるまで最大電力追尾制御が行われる。このように、最大電力追尾制御（昇降圧比Ｄの増加）と流通率αをΔαずつ減少させる出力電力抑制制御（昇降圧比Ｄの減少）とを繰り返すのであるから、太陽電池の出力電力Ｐｓと直流負荷の消費電力Ｐｉｎｖとが釣り合うように収束した後も、例えば、昇降圧比がＤ３の時の出力特性と昇降圧比がＤ４の時の出力特性との間で流通率αの変動を繰り返し、負荷に供給される太陽電池の出力電力Ｐｓおよび直流負荷電圧Ｖｉｎｖも変動を繰り返してしまうのである（図７における直流負荷電圧Ｖｉｎｖの経時変化を示す図を参照）。
【００１１】
なお、以上においては太陽電池の出力電力と商用電源系統からの電力を並列に利用するシステムについて説明したが、太陽電池の出力電力のみを利用するシステムにおいても同様の不都合を生じる。
【００１２】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池から直流負荷に対して変動の少ない電力および電圧を供給することができる太陽電池の出力電力制御方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の太陽電池の出力電力制御方法は、太陽電池の出力電圧及び出力電流を検出して直流電力変換手段に対する流通率指令を出力し、この流通率指令に基づいて制御される直流電力変換手段を通して太陽電池の出力電力を直流負荷に供給するシステムにおいて、直流負荷電圧を検出して、この直流負荷電圧を互いに異なる２つの閾値電圧と比較し、直流負荷電圧が両閾値電圧よりも高い場合に、最大電力追尾を行なうべく流通率指令を出力し、直流負荷電圧が両閾値電圧よりも低い場合に、出力電力抑制制御を行なうべく流通率指令を出力し、直流負荷電圧が両閾値電圧の間の値である場合に、流通率をそのまま保持する方法である。
【００１４】
請求項２の太陽電池の出力制御方法は、前記システムとして、太陽電池の出力電力と商用電源系統の電力とを並列的に直流負荷に供給するものを採用する方法である。
【００１５】
【作用】
請求項１の太陽電池の出力電力制御方法であれば、太陽電池の出力電圧及び出力電流を検出して直流電力変換手段に対する流通率指令を出力し、この流通率指令に基づいて制御される直流電力変換手段を通して太陽電池の出力電力を直流負荷に供給するシステムにおいて、直流負荷電圧を検出して、この直流負荷電圧を互いに異なる２つの閾値電圧と比較し、直流負荷電圧が両閾値電圧よりも高い場合に、出力電力抑制制御を行なうべく流通率指令を出力し、直流負荷電圧が両閾値電圧よりも低い場合に、最大電力追尾を行なうべく流通率指令を出力し、直流負荷電圧が両閾値電圧の間の値である場合に、流通率をそのまま保持するのであるから、最大電力追尾制御と出力電力抑制制御とを繰り返すことに起因して直流負荷に供給される太陽電池の出力電力および直流負荷電圧が変動するという不都合を解消させ、変動の少ない電力および電圧を直流負荷に供給することができる。そして、負荷がインバータによって駆動されるものである場合には、運転効率を改善することができる。
【００１６】
請求項２の太陽電池の出力制御方法であれば、前記システムとして、太陽電池の出力電力と商用電源系統の電力とを並列的に直流負荷に供給するものを採用するのであるから、請求項１の作用に加え、太陽電池からの出力電力の利用効率を高め、商用電源系統からの電力の利用を必要最小限にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の態様】
以下、添付図面を参照しながらこの発明の太陽電池の出力制御方法の実施態様を詳細に説明する。
図３はこの発明の太陽電池の出力制御方法が適用されるシステムの一例を示すブロック図である。
【００１８】
このシステムは、商用電源系統１を整流回路２を介して直流負荷３に接続しているとともに、太陽電池モジュール４を直流電力変換装置５を介して直流負荷３に接続している。そして、太陽電池モジュール４の出力電圧Ｖｓ、出力電流Ｉｓ、直流負荷３の両端の電圧Ｖｉｎｖを入力として必要な処理を行って流通率指令αを算出し、この流通率指令αを直流電力変換装置５に供給する制御装置６を有している。なお、整流回路２からの出力電圧をＶＤＳで示してある。
【００１９】
図８はこの発明の太陽電池の出力制御方法の一実施態様を説明するフローチャートである。
ステップＳＰ１において太陽電池モジュール４の出力電圧Ｖｓ、出力電流Ｉｓ、直流負荷３の両端の電圧Ｖｉｎｖを検出し、ステップＳＰ２において直流負荷電圧Ｖｉｎｖが第１の閾値電圧ＶｍＨよりも低いか否かを判定する。そして、直流負荷電圧Ｖｉｎｖが第１の閾値電圧ＶｍＨよりも低いと判定された場合には、ステップＳＰ５において直流負荷電圧Ｖｉｎｖが第２の閾値電圧ＶｍＬ以下か否かを判定する。
【００２０】
そして、ステップＳＰ２において直流負荷電圧Ｖｉｎｖが第１の閾値電圧ＶｍＨ以上であると判定された場合には、ステップＳＰ３において流通率指令αの減少量Δαを算出し、ステップＳＰ４において流通率指令αを減少量Δαだけ減少させて新たな流通率指令αを得、再びステップＳＰ１の処理を行う。ここで、ステップＳＰ３およびステップＳＰ４の処理が出力電力抑制制御である。
【００２１】
また、ステップＳＰ５において直流負荷電圧Ｖｉｎｖが第２の閾値電圧ＶｍＬ以下であると判定された場合には、ステップＳＰ６において最大電力追尾制御を行い、再びステップＳＰ１の処理を行う。
さらに、ステップＳＰ５において直流負荷電圧Ｖｉｎｖが第２の閾値電圧ＶｍＬよりも高いと判定された場合には、そのまま再びステップＳＰ１の処理を行う。
なお、ステップＳＰ３における流通率指令αの減少量Δαの算出は、例えば、Δα＝ｋ・Ｉｓ・Ｖｓ・αｎの演算を行うことにより達成できる。ここで、ｋは定数、αｎは現在の流通率である。また、整流回路出力電圧ＶＤＳの最大値＜ＶｍＬ＜ＶｍＨ＜Ｖｉｎｖ＿ｍａｘである。
【００２２】
図９は図８のフローチャートに基づく処理を行った場合における動作特性を示す図である。なお、図９は、太陽電池出力電力Ｐｓ−太陽電池出力電圧Ｖｓ特性、太陽電池出力電力Ｐｓ−直流負荷電圧Ｖｉｎｖ特性、直流負荷消費電力Ｐｉｎｖ−直流負荷電圧Ｖｉｎｖ特性、および直流負荷電圧Ｖｉｎｖの経時変化特性を示している。
【００２３】
整流回路出力電圧ＶＤＳにて最大出力Ｐｓ＿ｍａｘとなる動作をしている状態（昇降圧比がＤ１の場合を参照）において、下側の直流負荷線に示すように負荷が減少すれば、直流負荷電圧Ｖｉｎｖが第１の閾値電圧ＶｍＨを越えるので、流通率指令αを減少量Δαだけ減少させ、出力電力抑制制御を行う（昇降圧比がＤ２の場合を参照）。次に、直流負荷電圧Ｖｉｎｖが第２の閾値電圧ＶｍＬを下回ると、最大電力追尾制御を行い、直流負荷電圧Ｖｉｎｖが第２の閾値電圧ＶｍＬを越えた時点で最大電力追尾を停止する（昇降圧比がＤ３の場合を参照）。そして、ＶｍＬ≦Ｖｉｎｖ＜ＶｍＨの範囲では、昇降圧比の増減を行わないので、この範囲では、変動の少ない直流電力および電圧を直流負荷に供給することができる。
【００２４】
また、減少量Δαを前記のように現在の流通率αｎと発電電力とに比例した値としているので、いかなる発電電力および流通率においても、直流負荷が無負荷状態へと急減した場合の直流負荷電圧ＶｉｎｖをＶｉｎｖ＿ｍａｘ以下に押さえることができる。また、軽負荷時には、直流負荷電圧Ｖｉｎｖを第２の閾値電圧ＶｍＬから第１の閾値電圧ＶｍＨの範囲に速く収束させることができる。
【００２５】
次いで、第２の閾値電圧ＶｍＬの設定の一例を説明する。
最大電力追尾制御の一制御周期における流通率の変化量Δαｍが一定である場合、直流負荷電圧の変化量が最大になるのは太陽電池の出力電圧が最大かつ軽負荷の時である。したがって、負荷が限りなく無負荷に近く、かつ太陽電池の出力電圧が開放電圧（出力電流＝０の時の電圧）付近となる時を考えると、直流負荷電圧の変化量の最大値ΔＶｉｎｖ＿ＭＡＸは次式のように表せる。
ΔＶｉｎｖ＿ＭＡＸ＝Ｎ・Δαｍ・Ｖｏｃ＿ｍａｘ
ただし、Ｖｏｃ＿ｍａｘは太陽電池の開放電圧の最大値、Ｎはトランスの巻数比である。
【００２６】
したがって、ＶｍＬとＶｍＨとの差がΔＶｉｎｖ＿ＭＡＸよりも小さい場合、ＶｍＬ以下であった直流負荷電圧が一制御周期後にはＶｍＨを越えてしまい、従来の技術と同様に振動を繰り返す場合が生じる可能性がある。逆に、ＶｍＬとＶｍＨとの差が非常に大きい場合、太陽電池の出力特性の変化による直流負荷電圧変動（ＶｍＬからＶｍＨの間）が大きくなってしまう。
【００２７】
以上から、ＶｍＬとＶｍＨとの差はΔＶｉｎｖ＿ＭＡＸ以上のできるだけ小さい値とすることが望ましい。よって、ＶｍＬを次のように設定することが好ましい。
ＶｍＬ＝ＶｍＨ−ΔＶｉｎｖ＿ＭＡＸ
次に、定数ｋの設定の一例を説明する。
【００２８】
直流負荷電圧Ｖｉｎｖが最も速く増加するのは、大きな直流負荷が無負荷状態まで急減する時である。この時、Ｖｉｎｖが最大定格Ｖｉｎｖ＿ｍａｘを越えないように流通率の減少量Δαを設定しなければならない。例えば、図２に示すシステムにおいてインバータがスイッチングを停止した場合、最大電力追尾装置の流通率αは最終的に零になるが、αが減少する間に供給された電力（電荷量）は、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に充電され、Ｖｉｎｖが上昇する。いま、コンデンサに充電された電荷量をΔＱ、Ｖｉｎｖの増加量をΔＶｉｎｖとすると、次式が成り立つ。
ΔＱ＝Ｃ・ΔＶｉｎｖ
Ｃ＝（Ｃ２・Ｃ３）／（Ｃ２＋Ｃ３）
ここで、ΔＱの電荷が充電される時間（ＶｉｎｖがＶｍＨを越えてから流通率が零になるまでの時間を）Δｔ、ＶｉｎｖがＶｍＨを越えたときの発電電力をＰｓｎとすると、ＶｉｎｖがＶｉｎｖ＿ｍａｘを越えないようにするためには次式が成り立てばよい。
（Ｐｓｎ／ＶｍＨ）・Δｔ≦Ｃ・（Ｖｉｎｖ＿ｍａｘ − ＶｍＨ）
この式の（Ｐｓｎ／ＶｍＨ）・Δｔは供給される電荷量の最大値を示しており、流通率の減少と共に発電電力も減少することを考えると、実際に供給される電荷量はさらに少なくなる（図１０参照）。したがって、Ｖｉｎｖの上昇量も少なくなることから、Ｖｉｎｖ＿ｍａｘを超えないために必要な流通率の減少量Δαは次式のようになる。

ただし、Ｔは制御周期、αｎは現在の流通率である。
この式において、Ｔ、Ｃ、Ｖｉｎｖ＿ｍａｘ、ＶｍＨは定数であるから、
ｋ＝Ｔ／｛Ｃ・（Ｖｉｎｖ＿ｍａｘ − ＶｍＨ）・ＶｍＨ｝
とすれば、上式は次式のように簡単化できる。
Δα＝ｋ・Ｐｓｎ・αｎ
ただし、Δα＜Δαｍｉｎ（Δαｍｉｎは流通率の最小変化量）となるときは、Δα＝Δαｍｉｎとする。
【００２９】
簡単化された上式を用いると、発電電力、流通率に応じた流通率の減少が達成でき、軽負荷時におけるＶｉｎｖの収束が速くなる利点が生まれる。
これに対して、従来のようにΔαを一定にする場合、いかなる発電電力、流通率に対してもＶｉｎｖがＶｉｎｖ＿ｍａｘを超えないようにΔαを決める必要があるため、
Δα＝ｋ・Ｐｓ＿ｍａｘ・１
ただし、Ｐｓ＿ｍａｘは想定される太陽電池最大電力の最大値である。
【００３０】
この場合、発電電力および流通率が小さい時（軽負荷時）にもΔαが大きいため、Ｖｉｎｖは大幅に減少し、収束時間が長くなるという問題が生じる。
式Δα＝ｋ・Ｐｓｎ・αｎによりΔαを演算した場合と、式Δα＝ｋ・Ｐｓ＿ｍａｘ・１によりΔαを一定にした時のＶｉｎｖの収束特性を図１１に示す。
図１１から明らかなように、式Δα＝ｋ・Ｐｓｎ・αｎによりΔαを演算することにより、Ｖｉｎｖの収束特性を大幅に向上できることが分かる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、最大電力追尾制御と出力電力抑制制御とを繰り返すことに起因して直流負荷に供給される太陽電池の出力電力および直流負荷電圧が変動するという不都合を解消させ、変動の少ない電力および電圧を直流負荷に供給することができるという特有の効果を奏する。
【００３２】
請求項２の発明は、請求項１の効果に加え、太陽電池からの出力電力の利用効率を高め、商用電源系統からの電力の利用を必要最小限にすることができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池の出力特性の一例を示す図である。
【図２】最大電力追尾装置を介して太陽電池とインバータ機器とを接続してなるシステムの構成を示す電気回路図である。
【図３】この発明の太陽電池の出力電力制御方法が適用されるシステムの一例を示すブロック図である。
【図４】最大電力追尾制御を説明する図である。
【図５】出力電力抑制制御を説明する図である。
【図６】従来の太陽電池の出力電力抑制制御方法を説明するフローチャートである。
【図７】図６の太陽電池の出力電力抑制制御方法による動作特性を示す図である。
【図８】この発明の太陽電池の出力電力抑制制御方法を説明するフローチャートである。
【図９】図８の太陽電池の出力電力抑制制御方法による動作特性を示す図である。
【図１０】図２のシステムにおいてコンデンサに充電される電荷量の経時変化を示す図である。
【図１１】直流負荷電圧の収束特性を示す図である。
【符号の説明】
１商用電源系統３直流負荷
４太陽電池モジュール５直流電力変換装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for controlling the output power of a solar cell, and more particularly to a method for efficiently supplying the output power of a solar cell to a DC load.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, solar cells have attracted attention as clean power sources. This solar cell has a characteristic that the output power differs depending on the output voltage, and there is only one point where the output power is maximized. Further, as shown in FIG. 1, the output voltage at which the maximum power is obtained fluctuates depending on the amount of solar radiation and the element temperature. Therefore, in general, a maximum power tracking device is used to always obtain the maximum power.
[0003]
Here, as shown in FIG. 3, the maximum power tracking device includes a DC power conversion device and a control device. The control device detects the output voltage and the output current of the solar cell, and calculates the calculated power. The distribution ratio command is changed to be the maximum, and the conversion ratio between the input voltage and the output voltage of the DC power conversion device is set by controlling the DC power converter based on the distribution ratio command, and the output with respect to the input voltage is set. This achieves control of the input voltage with respect to the voltage or the output voltage. Therefore, a simple power generation system can be configured by connecting a solar cell to the input side of the maximum power tracking device and a DC load to the output side. However, since sufficient power cannot be obtained from the solar cell at night or during low sunshine, a system in which the power shortage in such a case is supplemented by a commercial power supply system is generally used.
[0004]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration in which the maximum power tracking device is connected in parallel to the inverter DC section of the air conditioner. The system of FIG. 2 has the advantage that it can be easily configured without changing the conventional inverter. However, since the rectifier circuit that rectifies the commercial power and supplies it to the inverter DC section can only supply power from the commercial power system to the load, excess power is generated when the load power consumption is smaller than the maximum power of the solar cell. I do. Then, the surplus power continues to charge the DC section capacitors C1, C2, C3 at the subsequent stage of the rectifier circuit, so that the DC section voltage Vinv of the inverter continues to rise, and the equipment is destroyed. Therefore, in the system configuration as shown in FIG. 2, control for suppressing surplus power is required.
[0005]
This will be described in more detail.
In the maximum power tracking device in the system shown in FIG. 2, between the DC section voltage Vinv of the inverter and the output voltage Vs of the solar cell,
Vinv = D · Vs
D = α · N (α is the distribution ratio command, N is the turns ratio of the transformer)
Holds.
[0006]
In performing the maximum power tracking control, when not only a solar cell but also a commercial power supply system is connected to the DC load, the voltage Vinv across the DC load does not become lower than the output voltage VDS of the rectifier circuit. Therefore, when the load is large, Vinv = VDS, and the insufficient power is supplemented by the power from the commercial power supply system. Here, the output characteristics of the solar cell viewed from the load are obtained by multiplying the output voltage Vs by the step-up / step-down ratio (D times) of the DC power converter. In the graph showing the relationship between the output power Ps of the solar cell and the output voltage Vs and the graph showing the relationship between the output power Ps of the solar battery and the DC load voltage Vinv in FIG. 4, when the buck-boost ratio is D1, the buck-boost ratio is increased. Then, when the step-up / step-down ratio is D3, the step-up / step-down ratio is reduced to search the step-up / step-down ratio D2 at which the maximum power Ps_max is obtained at the voltage VDS (the maximum power tracking is performed).
[0007]
When the load decreases from the state where the maximum power tracking is performed, the DC load voltage Vinv shifts the output characteristic shown in FIG. 5 (the output characteristic when the step-up / step-down ratio is D6) to the high voltage side, and the maximum allowable voltage Vinv_max Beyond. Therefore, the output power Ps of the solar cell must be suppressed by reducing the step-up / step-down ratio D, and the DC load voltage Vinv must be reduced (see the output characteristics when the step-up / step-down ratio is D5). However, if the amount of decrease in the step-up / step-down ratio D is too large, the DC load voltage Vinv becomes VDS, causing insufficient power (see output characteristics when the step-up / step-down ratio is D4). In this case, there is an inconvenience that commercial power is used even though the output power of the solar cell is suppressed. Therefore, the step-up / step-down ratio D is controlled so as to satisfy the relationship of VDS <Vinv <Vinv_max.
[0008]
Specifically, as shown in FIG. 6, a threshold voltage Vm is set for the DC load voltage Vinv, the maximum power tracking control is performed when Vinv <Vm, and the flow rate α is satisfied when Vm ≦ Vinv. Is reduced by Δα, output power suppression control is performed. Note that the threshold voltage Vm is set so as to satisfy the relationship of the output voltage VDS <Vm <Vinv_max of the rectifier circuit.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
When the output power of the solar cell is controlled as shown in FIG. 6, there is a disadvantage that the output power Ps of the solar cell supplied to the DC load and the DC load voltage Vinv fluctuate. When such inconvenience occurs, for example, in the system shown in FIG. 2, when driving the attraction machine in the compressor, the system deviates from a desired V / F pattern, resulting in a decrease in operating efficiency.
[0010]
This will be described in more detail.
FIG. 7 shows a situation where the load is reduced when the operation is performed at the maximum power Ps_max at the output voltage VDS of the rectifier circuit (see the output characteristics when the step-up / step-down ratio is D1). When the load decreases in this manner, the DC load voltage Vinv exceeds the threshold voltage Vm, so that the flow rate α decreases by Δα at a time (see the output characteristics when the step-up / step-down ratio is D2). When the DC load voltage Vinv falls below the threshold voltage Vm, the maximum power tracking control is performed until the DC load voltage Vinv exceeds the threshold voltage Vm again. As described above, the maximum power tracking control (increase of the buck-boost ratio D) and the output power suppression control (decrease of the buck-boost ratio D) of decreasing the flow rate α by Δα are repeated, so that the output power Ps of the solar cell and the DC Even after the power consumption Pinv of the load converges to be balanced, for example, the flow rate α is repeatedly changed between the output characteristic when the step-up / step-down ratio is D3 and the output characteristic when the step-up / step-down ratio is D4. The supplied output power Ps of the solar cell and the DC load voltage Vinv also fluctuate repeatedly (see the graph of FIG. 7 showing the temporal change of the DC load voltage Vinv).
[0011]
Although the system using the output power of the solar cell and the electric power from the commercial power supply system in parallel has been described above, the same disadvantage occurs in a system using only the output power of the solar cell.
[0012]
[Object of the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solar cell output power control method capable of supplying a power and a voltage with little fluctuation from a solar cell to a DC load. I have.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The output power control method for a solar cell according to claim 1 detects the output voltage and the output current of the solar cell, outputs a duty ratio command to the DC power converter, and controls the DC power conversion controlled based on the duty ratio command. In a system for supplying output power of a solar cell to a DC load through a means, a DC load voltage is detected, and this DC load voltage is compared with two different threshold voltages, and the DC load voltage is higher than both threshold voltages. In addition, a duty ratio command is output to perform maximum power tracking, and when the DC load voltage is lower than both threshold voltages, a duty ratio command is output to perform output power suppression control, and the DC load voltage is equal to the two threshold voltages. This is a method of maintaining the distribution rate as it is when the values are between.
[0014]
The output control method for a solar cell according to claim 2 is a method in which the system that supplies the output power of the solar cell and the electric power of the commercial power supply system to the DC load in parallel is used as the system.
[0015]
[Action]
According to the output power control method for a solar cell of the first aspect, the output voltage and the output current of the solar cell are detected, and a duty ratio command is output to the DC power conversion means. In a system that supplies output power of a solar cell to a DC load through a power conversion unit, a DC load voltage is detected, and this DC load voltage is compared with two different threshold voltages, and the DC load voltage is higher than both threshold voltages. If it is high, a duty ratio command is output to perform output power suppression control, and if the DC load voltage is lower than both threshold voltages, a duty ratio command is output to perform maximum power tracking, and the DC load voltage is When the value is between the voltages, the flow rate is maintained as it is, so the solar power supplied to the DC load due to the repetition of the maximum power tracking control and the output power suppression control To eliminate a disadvantage that the output power and the DC load voltage pond varies, it is possible to supply less power and voltage fluctuation in the DC load. When the load is driven by the inverter, the operation efficiency can be improved.
[0016]
According to the output control method for a solar cell of the second aspect, the system adopts a system that supplies the output power of the solar cell and the electric power of the commercial power supply system to the DC load in parallel. In addition to the effect of the above, the use efficiency of the output power from the solar cell can be improved, and the use of power from the commercial power supply system can be minimized.
[0017]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Hereinafter, embodiments of the output control method for a solar cell according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a system to which the solar cell output control method of the present invention is applied.
[0018]
In this system, a commercial power supply system 1 is connected to a DC load 3 via a rectifier circuit 2, and a solar cell module 4 is connected to the DC load 3 via a DC power converter 5. Then, the output voltage Vs and the output current Is of the solar cell module 4 and the voltage Vinv across the DC load 3 are input and necessary processing is performed to calculate a distribution command α, and the distribution command α is converted to a DC power conversion device. 5 is provided with a control device 6. Note that the output voltage from the rectifier circuit 2 is indicated by VDS.
[0019]
FIG. 8 is a flowchart illustrating an embodiment of the output control method for a solar cell according to the present invention.
In step SP1, the output voltage Vs and the output current Is of the solar cell module 4 and the voltage Vinv across the DC load 3 are detected, and in step SP2, it is determined whether the DC load voltage Vinv is lower than the first threshold voltage VmH. I do. When it is determined that the DC load voltage Vinv is lower than the first threshold voltage VmH, it is determined in step SP5 whether the DC load voltage Vinv is equal to or lower than the second threshold voltage VmL.
[0020]
If it is determined in step SP2 that the DC load voltage Vinv is equal to or higher than the first threshold voltage VmH, a reduction amount Δα of the flow rate command α is calculated in step SP3, and the flow rate command α is calculated in step SP4. A new distribution ratio command α is obtained by decreasing by the decrease amount Δα, and the process of step SP1 is performed again. Here, the processing of step SP3 and step SP4 is the output power suppression control.
[0021]
When it is determined in step SP5 that the DC load voltage Vinv is equal to or lower than the second threshold voltage VmL, the maximum power tracking control is performed in step SP6, and the processing in step SP1 is performed again.
Further, when it is determined in step SP5 that the DC load voltage Vinv is higher than the second threshold voltage VmL, the processing of step SP1 is performed again.
Note that the calculation of the reduction amount Δα of the distribution ratio command α in step SP3 can be achieved, for example, by performing the calculation of Δα = k · Is · Vs · αn. Here, k is a constant, and αn is the current distribution rate. Also, the maximum value of the rectifier circuit output voltage VDS <VmL <VmH <Vinv_max.
[0022]
FIG. 9 is a diagram showing operation characteristics when the processing based on the flowchart of FIG. 8 is performed. Note that FIG. 9 shows the solar cell output power Ps-solar cell output voltage Vs characteristic, solar cell output power Ps-DC load voltage Vinv characteristic, DC load power consumption Pinv-DC load voltage Vinv characteristic, and time course of DC load voltage Vinv. 9 shows a change characteristic.
[0023]
In a state where the operation is at the maximum output Ps_max at the rectifier circuit output voltage VDS (see the case where the step-up / step-down ratio is D1), if the load decreases as indicated by the lower DC load line, the DC load voltage Vinv Exceeds the first threshold voltage VmH, the flow rate command α is reduced by the decrease amount Δα, and output power suppression control is performed (see the case where the step-up / step-down ratio is D2). Next, when the DC load voltage Vinv falls below the second threshold voltage VmL, the maximum power tracking control is performed, and when the DC load voltage Vinv exceeds the second threshold voltage VmL, the maximum power tracking is stopped (step-up / step-down ratio). Is D3). In the range of VmL ≦ Vinv <VmH, the step-up / step-down ratio is not increased or decreased. Therefore, in this range, DC power and voltage with little fluctuation can be supplied to the DC load.
[0024]
Further, since the decrease amount Δα is a value proportional to the current distribution rate αn and the generated power as described above, the DC load when the DC load is rapidly reduced to the no-load state at any generated power and the distribution rate is obtained. The voltage Vinv can be suppressed to Vinv_max or less. Further, when the load is light, the DC load voltage Vinv can be quickly converged in the range from the second threshold voltage VmL to the first threshold voltage VmH.
[0025]
Next, an example of setting the second threshold voltage VmL will be described.
When the change amount Δαm of the flow rate in one control cycle of the maximum power tracking control is constant, the change amount of the DC load voltage becomes maximum when the output voltage of the solar cell is maximum and the load is light. Therefore, considering the case where the load is infinitely close to no load and the output voltage of the solar cell is close to the open circuit voltage (voltage when the output current = 0), the maximum value ΔVinv_MAX of the change amount of the DC load voltage is as follows. It can be expressed like an expression.
ΔVinv_MAX = N · Δαm · Voc_max
Here, Voc_max is the maximum value of the open-circuit voltage of the solar cell, and N is the turns ratio of the transformer.
[0026]
Therefore, when the difference between VmL and VmH is smaller than ΔVinv_MAX, the DC load voltage that was equal to or lower than VmL exceeds VmH after one control cycle, and there is a possibility that oscillation may be repeated as in the related art. is there. Conversely, if the difference between VmL and VmH is very large, the DC load voltage fluctuation (between VmL and VmH) due to a change in the output characteristics of the solar cell will increase.
[0027]
From the above, it is desirable that the difference between VmL and VmH be a value as small as ΔVinv_MAX or more. Therefore, it is preferable to set VmL as follows.
VmL = VmH−ΔVinv_MAX
Next, an example of setting the constant k will be described.
[0028]
The DC load voltage Vinv increases fastest when a large DC load drops sharply to a no-load condition. At this time, the amount of decrease Δα in the circulation rate must be set so that Vinv does not exceed the maximum rating Vinv_max. For example, when the inverter stops switching in the system shown in FIG. 2, the flow rate α of the maximum power tracking device eventually becomes zero, but the power (charge amount) supplied while α decreases decreases by the capacitor. C1, C2, and C3 are charged, and Vinv rises. Now, assuming that the charge amount of the capacitor is ΔQ and the increase amount of Vinv is ΔVinv, the following equation is established.
ΔQ = C · ΔVinv
C = (C2 · C3) / (C2 + C3)
Here, assuming that the time during which the charge of ΔQ is charged (the time from when Vinv exceeds VmH to when the flow rate becomes zero) is Δt, and the generated power when Vinv exceeds VmH is Psn, Vinv is Vinv_max. The following equation should be satisfied in order not to exceed the value.
(Psn / VmH) · Δt ≦ C · (Vinv_max−VmH)
(Psn / VmH) · Δt in this equation indicates the maximum value of the supplied electric charge. Considering that the generated power decreases as the flow rate decreases, the actually supplied electric charge further decreases. (See FIG. 10). Therefore, since the amount of increase in Vinv is also small, the amount of decrease Δα in the flow rate necessary to keep Vinv_max from being obtained is as follows.

Here, T is the control cycle, and αn is the current distribution rate.
In this equation, since T, C, Vinv_max, and VmH are constants,
k = T / {C · (Vinv_max−VmH) · VmH}
Then, the above equation can be simplified as the following equation.
Δα = kPsnαn
However, when Δα <Δαmin (Δαmin is the minimum change amount of the circulation rate), Δα = Δαmin.
[0029]
By using the simplified above equation, it is possible to achieve a reduction in the flow rate in accordance with the generated power and the flow rate, and there is an advantage that the convergence of Vinv at a light load becomes faster.
On the other hand, when Δα is made constant as in the related art, it is necessary to determine Δα so that Vinv does not exceed Vinv_max for any generated power and distribution rate.
Δα = k · Ps_max · 1
Here, Ps_max is the maximum value of the assumed maximum solar cell power.
[0030]
In this case, since Δα is large even when the generated power and the flow rate are small (at light load), there is a problem that Vinv is greatly reduced and the convergence time is lengthened.
FIG. 11 shows the convergence characteristics of Vinv when Δα is calculated by the equation Δα = k · Psn · αn and when Δα is made constant by the equation Δα = k · Ps_max · 1.
As is clear from FIG. 11, it is understood that the convergence characteristics of Vinv can be greatly improved by calculating Δα using the equation Δα = k · Psn · αn.
[0031]
【The invention's effect】
The invention according to claim 1 eliminates the disadvantage that the output power of the solar cell and the DC load voltage supplied to the DC load fluctuate due to the repetition of the maximum power tracking control and the output power suppression control. This has a specific effect that a small amount of power and voltage can be supplied to the DC load.
[0032]
The invention of claim 2 has the specific effect of increasing the use efficiency of the output power from the solar cell and minimizing the use of power from the commercial power supply system in addition to the effect of claim 1. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of output characteristics of a solar cell.
FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a configuration of a system in which a solar cell and an inverter device are connected via a maximum power tracking device.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a system to which the output power control method for a solar cell according to the present invention is applied.
FIG. 4 is a diagram illustrating maximum power tracking control.
FIG. 5 is a diagram illustrating output power suppression control.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a conventional output power suppression control method for a solar cell.
FIG. 7 is a diagram illustrating an operation characteristic of the output power suppression control method of the solar cell of FIG. 6;
FIG. 8 is a flowchart illustrating a method for controlling the output power of a solar cell according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an operation characteristic of the output power suppression control method of the solar cell of FIG. 8;
FIG. 10 is a diagram showing a change with time in the amount of charge charged to a capacitor in the system of FIG. 2;
FIG. 11 is a diagram showing convergence characteristics of a DC load voltage.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Commercial power system 3 DC load 4 Solar cell module 5 DC power converter

Claims

The output voltage and the output current of the solar cell (4) are detected to output a distribution command to the DC power conversion means (5), and the solar cell is controlled through the DC power conversion means (5) controlled based on the distribution command. In the system for supplying the output power of (4) to the DC load (3),
Detecting a DC load voltage, comparing the DC load voltage with two different threshold voltages,
When the DC load voltage is higher than both threshold voltages, output a duty ratio command to perform output power suppression control,
When the DC load voltage is lower than the both threshold voltages, a duty ratio command is output to perform maximum power tracking,
A method for controlling the output of a solar cell, comprising maintaining a flow rate as it is when a DC load voltage is a value between both threshold voltages.

The method according to claim 1, wherein the system supplies the output power of the solar cell (4) and the power of the commercial power supply system (1) to the DC load (3) in parallel. .